CN107721322B - 一种低本底值混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低本底值混凝土及其制备方法，其中低本底值混凝土包括如下重量份组分，水泥：399kg～434kg；水：139kg～140kg；细骨料：806kg～863kg；粗骨料：973kg～985kg；减水剂：10.6kg～11.5kg。本发明解决了传统的低本底值混凝土泵送性差、泌水严重、坍落度无法准确检测、混凝土强度难以保证及成型后混凝土构件表面存在蜂窝、麻面、裂缝等较多质量缺陷的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于混凝土制备技术领域，特别涉及一种低本底值混凝土及其制备方法。
背景技术
在对本底值有敏感要求的用于科研检测的实验室建设中，对各种原材料的本底值的指标要求很高，低本底值混凝土是采用低辐射的石英石、石英砂、低水化热硅酸盐水泥，与聚羧酸无机复合减水剂通过级配共混，制备出低水化热、低辐射、低本底值的混凝土，其主要材料中的放射性核素K-40、Ra-226和Th-232数值较低，有效屏蔽宇宙射线和自身放射性元素对低本底谱仪测量结果的影响。全国天然γ辐射的空气吸收剂量率约110nGy/h左右，普通混凝土建筑室内空气吸收剂量率为190nGy/h。目前全国在建与投入使用的低本底实验室只有2个，通过选用低辐射水泥、石英石、石英砂、混凝土添加剂级配共混搅拌而成的混凝土将实验室本底值空气吸收剂量率只能控制到50nGy/h。中国发明专利CN103803901还公开了一种重晶石抗辐射泵送混凝土，该发明通过添加价格昂贵的重晶石来实现混凝土的抗辐射。中国发明专利CN103755204公开了混凝土添加剂领域中特别是一种抗裂防辐射的混凝土添加剂，该发明也需要添加重晶石及其他添加剂来实现。中国发明专利CN104817304B公开了一种利用含硼矿山尾矿制备抗辐射混凝土方法，通过添加含硼矿山尾矿来实现混凝土的抗辐射。但是，上述发明均不能有效降低本底值，且添加的其他材料会造成混凝土辐射本底值的增加，为此只能选用低辐射低的石英石、石英砂以及聚羧酸无机复合材料减水剂作为原材料配置低本底值混凝土。目前全国已施工完成2个低本底实验室，所用低本底值混凝土的泵送性差、泌水严重、坍落度无法准确检测，混凝土振捣过程中胶凝材料顺板缝流失、混凝土强度难以保证、成型混凝土表观缺陷较多，普遍存在蜂窝、麻面现象，添加混凝土膨胀剂本底值较高，水泥水化热较大，使底板、顶板存在裂缝等缺陷。
发明内容
本发明提出了一种低本底值混凝土及其制备方法，要解决传统的低本底值混凝土泵送性差、泌水严重、坍落度无法准确检测、混凝土强度难以保证以及成型的混凝土构件表观存在蜂窝、麻面、裂缝等较多质量缺陷的技术问题。
本发明技术方案如下。
一种低本底值混凝土，包括如下重量份组分。
水泥：399kg～434kg；
水：139kg～140kg；
细骨料：806kg～863kg；
粗骨料：973kg～985kg；
减水剂：10.6kg～11.5kg。
其中，水泥为PN42.5核电工程用的硅酸盐水泥，水泥的放射性核素比活度上限值如下：
表1：水泥放射性核素比活度上限值
粗骨料为2.36mm～25.0mm粒径，且连续级配的石英石，粗骨料的放射性核素比活度上限值如下：
表2：石英石放射性核素比活度上限值
细骨料为0.18mm～2.36mm粒径，且连续级配的石英砂，细骨料的放射性核素比活度上限值如下：
表3：石英砂放射性核素比上限值
减水剂的放射性核素比活度上限值如下：
表4：减水剂放射性核素比上限值
优选的，所述水选用饮用水。
优选的，所述细骨料中的石英砂级配筛分比如下：
表5：石英砂的级配筛分比
优选的，所述粗骨料中的石英石级配筛分比如下：
表6：石英石的级配筛分比
优选的，所述减水剂为RSW-02D聚羧酸复合减水剂。
一种低本底值混凝土的制备方法，包括步骤如下。
步骤一，根据所制备的混凝土的总质量，计算出各组分的质量。
步骤二，按照计算好的量，向混凝土拌合机中投入粗骨料、细骨料和水泥。
步骤三，进行搅拌，待搅拌均匀后向步骤二中的混合料中加入计算得出的水的总质量的一半。
步骤四，配制减水剂溶液，并将配置好的减水剂溶液加入混凝土拌合机中。
步骤五，将另一半的水加入混凝土拌合机中，继续搅拌90s～105s。
优选的，步骤二中的粗骨料、细骨料和水泥按照先加石英石，再加水泥，然后加石英砂的顺序依次投料。
优选的，步骤四中配制的减水剂溶液中，减水剂与水的比例为每立方米的低本底值混凝土中减水剂与水比例的2倍。
优选的，所述混凝土拌合机采用混凝土强制式单卧轴混凝土搅拌机或混凝土搅拌站混凝土生产线用的搅拌机。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明中公布的一种低本底值混凝土制备方法，低本底值混凝土需要混凝土本身具有较低的本底值，以满足在用于实验室实体后不会产生高于科研检测要求的本底值，且能防止外来辐射对科研检测数据的干扰。
2、本发明选用连续级配的粗骨料、细骨料、低水化热水泥、聚羧酸复合减水剂、饮用自来水混合搅拌而成的混凝土，其保水性、流动性好，有效解决低本底值混凝土可泵性差、泌水流浆等问题，提升混凝土浇筑一次成型质量，低本底值混凝土成型后结构实体低本底值满足工艺要求。
3、本发明的目的是克服建筑材料本身本底值的辐射对实验室的影响及低本底值混凝土实体施工质量的影响，通过优选材料和配合比优化，剔除混凝土微膨胀剂、粉煤灰等添加剂的使用，提高混凝土的工作性能，保持良好的和易性，降低混凝土初期水化热，提升混凝土施工可操作性，保证混凝土构件的强度要求，将本底值控制到30nGy/h。
4、本发明仅使用低辐射聚羧酸无机复合减水剂调整混凝土工作性，剔除膨胀剂、粉煤灰等添加剂使用，杜绝混凝土膨胀剂的膨胀条件限制引起混凝土收缩开裂，降低混凝土空气吸收剂量率、避免外加剂对低本底值的影响。
5、本发明中的粗骨料、细骨料采用自然界中放射性比活度低的石英矿石按照连续级配加工生产，有效保障混凝土低本底值和强度等级。
6、本发明中的低本底值混凝土采用本底值较低的低水化热硅酸盐水泥，水化热较低、干缩较小、质量稳定性较好、保障混凝土拌合物工作性，降低大体积混凝土水化热集中释放、避免混凝土构件有害裂缝产生。
7、本发明中的低本底值混凝土经过多次优化试配确定最优配合比，攻克混凝土泌水、坍落度准确检测、泵送性等技术难题；采用本发明中的配合比低本底值混凝土和易性良好、可操作性稳定，能够保证混凝土结构一次成优。
8、传统普通混凝土组成成分中，所用外加剂均有放射性，故混凝土中添加外加剂种类越多或剂量越大、对低本底值混凝土本底值贡献影响越大；本发明经过多次检测、试配、并经专家论证确认，RSW-02D聚羧酸复合减水剂放射性最低、且能保证实现可泵送的低本底值混凝土的配合比，故仅使用低辐射聚羧酸无机复合减水剂调整混凝土工作性，既能实现混凝土配置又能有效控制混凝土本底值。
附图说明
图1为本发明中低本底值混凝土的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实例。
制备实施例
如图1所示，这种低本底值混凝土的制备方法，其具体步骤如下。
步骤一，根据所制备的混凝土的总质量，计算出各组分的质量。
步骤二，按照计算好的量，向混凝土拌合机中依次投入石英石、水泥和石英砂；此处所述混凝土搅拌投料顺序是规范要求的合理顺序，并且能保证石子、水泥等搅拌均匀，防止水泥同其他粗细集料夹裹着一同进入拌合机，遇水后很快形成小水泥团粒，水灰比愈小这种结块愈严重
步骤三，进行搅拌，待搅拌均匀后向步骤二中的混合料中加入计算得出的水的总质量的一半。
步骤四，配制减水剂溶液，减水剂与水的比例为1:25.68，并将配置好的减水剂溶液加入混凝土拌合机中。
步骤五，将另一半的水加入混凝土拌合机中，继续搅拌90s～105s。
本实施例中，所述混凝土拌合机采用试验室用混凝土强制式单卧轴混凝土搅拌机和混凝土搅拌站混凝土生产线用大型搅拌机2种均可搅拌。
本实施例中，水泥选用PN42.5核电工程专用硅酸盐水泥，其放射性核素比活度见表1。
表1：水泥放射性核素比活度(单位：Bq/kg)
粗骨料选用2.36～25.0mm粒径、且连续级配的石英石，其放射性核素比活度及级配筛分比见表2。
表2：石英石放射性核素比活度(单位：Bq/kg)及级配筛分比
本实施例中，细骨料选用0.18-2.36mm粒径、且连续级配的石英砂(中砂)，其放射性核素比活度及级配筛分比见表3。
表3：石英砂放射性核素比活度(单位：Bq/kg)及级配筛分比
本实施例中，外加剂选用RSW-02D聚羧酸复合减水剂，其放射性核素比活度见表4：
表5：聚羧酸复合减水剂放射性核素比活度(单位：Bq/kg)
本实施例中，拌合水选用饮用自来水。
本实施例中，C35低本底值混凝土配合比见表6。
表6 C35低本底值混凝土配合比
| 组分(份) | 制备1 | 制备2 | 制备3 |
| 水泥 | 420 | 399 | 434 |
| 水 | 140 | 140 | 139 |
| 石英砂 | 837 | 863 | 806 |
| 石英石 | 983 | 973 | 985 |
| 减水剂 | 10.9 | 10.6 | 11.5 |
所述混凝土拌合机采用试验室用混凝土强制式单卧轴混凝土搅拌机和混凝土搅拌站混凝土生产线用大型搅拌机2种搅拌90-105S。
本实施例中，步骤四中配制的减水剂溶液中，减水剂与水的比例为每方低本底值混凝土中减水剂与水比例的2倍，实际按照混凝土配合比取减水剂：水＝1:21.53～1:25.69。
本实施例中，选用连续级配的粗骨料、细骨料、低水化热水泥、聚羧酸复合减水剂、饮用自来水混合搅拌而成的混凝土，其保水性、流动性好，有效解决低本底值混凝土泵送性差、泌水流浆等问题，提升混凝土浇筑一次成型质量，低本底值混凝土成型后结构实体低本底值满足工艺要求。
上述制备实施例中，制备的低本底值混凝土水胶比均不小于0.33；其中所用的石英砂的质量为806-863kg/m3，石英石的质量为973-985kg/m3；所用的石英砂和石英石的核素含量Ra-226≤0.91，Th-232≤1.6，K-40≤6.5。
利用将上述制备实施例制备得到低本底值混凝土，经过实验得到的数据如表7：。
表7 不同原料用量实验数据对比表
对比实施例1
分别设置对照组和2个试验组，对照组为按照制备实施例1所述的方法制备而成的低本底值混凝土，试验组1-1与对照组中的所用原料的配比相同，但粗骨料石英石、细骨料石英砂分别采用普通碎石、中砂；试验组1-2与对照组中的所用原料的配比相同，但水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥；试验组1-3与对照组中的原料相同，配比采用普通混凝土的配比，具体的组分及用量如表8所示。
表8 试验组使用的胶凝体系的组分及用量
| (份) | 对照组 | 试验组1-1 | 试验组1-2 | 试验组1-3 |
| 水泥 | 420 | 420 | 420 | 275 |
| 水 | 140 | 140 | 140 | 175 |
| 细骨料 | 837 | 837 | 837 | 834 |
| 粗骨料 | 983 | 983 | 983 | 979 |
| 外加剂 | 10.9 | 10.9 | 10.9 | 9.1 |
| 掺合料 | / | / | / | 120 |
将配制的低本底值混凝土进行了抗压强度与坍落度试验，具体的试验结果如表9所示。
表9 对比实施例1的各组产品的性能检测结果
| 所测的性能及数据 | 对照组 | 试验组1-1 | 试验组1-2 | 试验组1-3 |
| 强度等级 | C35 | C35-C40 | C35 | C35 |
| 坍落度 | 190 | 190 | 190 | 190 |
| 和易性 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
| 泵送性 | 良好 | 较好 | 良好 | 良好 |
| 建筑室内空气吸收剂量率 | 23～27 | 65-75 | 89-109 | 150～180 |
通过上述实验可以得出：
1.本发明实例所选放射性活动比低的PN42.5核电工程用硅酸盐水泥、石英砂、石英石、RSW-02D聚羧酸复合减水剂配置出的C35混凝土的本底值最低。
2.低本底值混凝土仅添加RSW-02D聚羧酸复合减水剂调整后混凝土工作性良好。
3.混凝土拌合物用原材料对本底值的影响程度如下：拌和物用水影响最小、可忽略不计，砂子、石子影响较大，水泥对本底值最大，即按照影响程度排序为：水泥＞砂子、石子＞拌和用水；外加剂主要作用是调节混凝土工作性且均具有放射性，添加种类越少或用量越少对本底值影响越小，应在确保混凝土工作性的前提下，减少外加剂种类、降低外加剂剂量、并选用低本底值低的外加剂。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施实例所陈述的具体形式，本发明的保护范围涵盖本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (5)
1.一种低本底值混凝土，其特征在于，包括如下重量份组分：
水泥：399kg～434kg；
水：139kg～140kg；
细骨料：806kg～863kg；
粗骨料：973kg～985kg；
减水剂：10.6kg～11.5kg；
其中，水泥为PN42.5核电工程用的硅酸盐水泥，水泥的放射性核素比活度上限值如下：
表1：水泥放射性核素比活度上限值
粗骨料为2.36mm～25.0mm粒径，且连续级配的石英石，粗骨料的放射性核素比活度上限值如下：
表2：石英石放射性核素比活度上限值
细骨料为0.18mm～2.36mm粒径，且连续级配的石英砂，细骨料的放射性核素比活度上限值如下：
表3：石英砂放射性核素比上限值
减水剂的放射性核素比活度上限值如下：
表4：减水剂放射性核素比上限值
所述细骨料中的石英砂级配筛分比如下：
表5：石英砂的级配筛分比
所述粗骨料中的石英石级配筛分比如下：
表6：石英石的级配筛分比
所述水选用饮用水；
所述减水剂为RSW-02D聚羧酸复合减水剂。
2.一种权利要求1所述的低本底值混凝土的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一，根据所制备的混凝土的总质量，计算出各组分的质量；
步骤二，按照计算好的量，向混凝土拌合机中投入粗骨料、细骨料和水泥；
步骤三，进行搅拌，待搅拌均匀后向步骤二中的混合料中加入计算得出的水的总质量的一半；
步骤四，配制减水剂溶液，并将配置好的减水剂溶液加入混凝土拌合机中；
步骤五，将另一半的水加入混凝土拌合机中，继续搅拌90s～105s。
3.根据权利要求2所述的低本底值混凝土的制备方法，其特征在于：步骤二中的粗骨料、细骨料和水泥按照先加石英石，再加水泥，然后加石英砂的顺序依次投料。
4.根据权利要求2所述的低本底值混凝土的制备方法，其特征在于：步骤四中配制的减水剂溶液中，减水剂与水的比例为每立方米的低本底值混凝土中减水剂与水比例的2倍。
5.根据权利要求2所述的低本底值混凝土的制备方法，其特征在于：所述混凝土拌合机采用混凝土强制式单卧轴混凝土搅拌机或混凝土搅拌站混凝土生产线用的搅拌机。
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